Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes Shah Nawaz Burokur 1 , Mohamed Latrach 1 , Serge Toutain 2

1. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondesShah Nawaz Burokur1, Mohamed Latrach1, Serge Toutain2 1 École Supérieure d’Électronique de l’Ouest (ESEO) – Angers 2 IREENA, École Polytechnique de l’Université de Nantes – Nantes Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

2. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes PLAN I- Généralités II- Homogénéisation du milieu gaucher III- Amplification d’ondes évanescentes en utilisant des SRRs IV-Influence du matériau gaucher sur une antenne patch V - Conclusion Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

3. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes I- Généralités ♦ métamatériaux connus comme : • MG : Matériaux Gauchers ( Matériaux main Gauche) • MIN : Matériaux (Métamatériaux) à indice négatif • LHM : Left-Handed Media ( Materials) • DNG : Double Negative Media • NIM : Negative Index Media • BWM : Backward Wave Media ♦ propriété remarquable de l’indice de réfraction négatif : permittivité électrique et perméabilité magnétique simultanément négatives Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

4. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes Milieu droitier Milieu gaucher • Trièdre indirect – main gauche • vg et v se propagent dans des directions opposées Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

5. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes = + SRR (Perméabilité négative) Tiges métalliques (Permittivité négative) Milieu gaucher (Indice négatif) • théorie des images : • • ports : plan xôz• PEC : plan yôz• PMC : plan xôy Milieu 2-D empilé selon l’axe z Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

6. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes II- Homogénéisation du milieu gaucher • Définition de la structure périodique (SRRs + tiges) comme un seul milieu caractérisé par eff et eff • simulations– code HFSS • Extraction matrice S • Milieu passif : Re(Zeff) et Im(neff) positives Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

7. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes [1] [1] P.Markos, C.M.Soukoulis « Optics Express », vol.11, no 7, Apr 2003 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

8. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes III- Amplification d’ondes évanescentes en utilisant des SRRs • S21 -25dB • Fortes ondulations ( 20dB) Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

9. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes • Utilisation d’une transition linéaire afin d’augmenter la transmission • Pertes d’insertion fortement diminuées • Ondulations minimes en pratique Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

10. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes IV- Influence du matériau gaucher sur une antenne patch • première étude • patch circulaire : substrat sans pertes, r = r = 2,5; r = 3,54 mm pour f = 10GHz S11 (dB) Plan E ( = 90o) Plan H ( = 0o) Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

11. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes • adaptation de –11,3dB à 10,3 GHz • ouverture à –3dB de l’ordre de 100o • gain de l’antenne est de l’ordre de 6,3dB • rayonnement arrière maximal de –3dB, à =120o et =0°, dû au plan de masse fini • Augmentation du gain : Mise en réseaux Utilisation du matériau gaucher Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

12. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes Plan H ( = 0o) Plan E ( = 90o) Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

13. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes • matériau gaucher (r = r = -2,5) : demi-sphère de rayon 27 mm (dopt=7.5 mm) • ouverture à –3dB de l’ordre de 30o • rayonnement arrière moindre • gain de l’antenne est de l’ordre de 11dB(amélioration de 4,7dB)  réseau de 3 antennes • pas de problèmes d’alimentation et de couplage inter-éléments Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

14. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes • deuxième étude (se basant sur l’homogénéisation) • moins de pertes à 12,4GHz • patch circulaire : substrat mousse (r = 1,45, tan = 0.0058); r = 5,28 mm pour f = 12,4GHz Plan E ( = 90o) Plan H ( = 0o) S11 (dB) Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

15. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes • adaptation de –23,5dB à 12,4 GHz • ouverture à –3dB de l’ordre de 90o • gain de l’antenne est de l’ordre de 7dB • rayonnement arrière maximal de –8dB, à =100o et =0° Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

16. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes S11 (dB) Plan H ( = 0o) Plan E ( = 90o) Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

17. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes • Distribution du champ E • présence de focalisation à l’intérieur du matériau gaucher • ouverture à –3dB de l’ordre de 45o • gain de l’antenne est de l’ordre de 9,8dB(amélioration de 2,8dB) Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)

18. Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes V- Conclusion • Homogénéisation démontrant l’indice négatif • Amplification des ondes évanescentes dans un guide d’onde et amélioration de la transmission par une transition linéaire • Étude sur l’antenne patch démontre que le matériau gaucher peut augmenter le gain Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)